P-206B 泵气蚀及管线振动的原因分析

王兵和，王关力，陈存利，郭 锐

（中国石油抚顺石化公司， 辽宁 抚顺 113004）

P-206B 泵气蚀及管线振动的原因分析

王兵和，王关力，陈存利，郭 锐

（中国石油抚顺石化公司， 辽宁 抚顺 113004）

将针对贫吸收液泵出入口管线异常振动，容易发生汽蚀，流量和压力不稳定，分析了产生振动合汽蚀的原因。通过计算核对泵的出入口管线安装、机械结构设计,到泵的高度，提出了减缓泵振动的措施。结果表明,机泵实际安装高度不合理，但是改变泵的安装高度从经济方面考虑不合理，只能从改变泵的入口管线和将泵发生汽蚀易损坏的部件，进行存在升级更换为抗汽蚀的 304L 不锈钢材质，来减缓汽蚀对泵造成的损坏。

循环贫吸收液泵；振动；汽蚀；异常声响

双支撑普通双吸离心泵由英国英格索兰公司制造，泵的型号为 6HDS-182，电机功率 450 kW，设计流量为 514 m/h，扬程 H为 240 m，介质是贫吸收液，粘度为 0.46 cp，正常工作温度为 103 ℃，密度为 1137 kg/m³，入口压力p1=0.11MPa，Pmax=0.17 MPa；泵输送的介质为吸收环氧乙烷气体的贫吸收液，目的是将高纯度的氧气与乙烯在银催化剂床层反应生成的环氧乙烷全部吸收下来。该泵至 1992年投入运行以来，一直处在一定的汽蚀状态下运行，自从 2013 年开始 11月，装置停工 6 个月重新复工后，泵的出入口管线振动有增大的趋势，在入口管线处，汽蚀现象比较明显，而且最直观地表现在电机电流波动大，管线有节律地发出异常响声，导致机封、轴承损坏比较频繁，使用周期短，还曾出现过由于管线振动较大，在泵入口管线排放导淋焊道处经常出现裂缝。严重地影响了设备的安全运行。针对这种情况，我们积极组织技术人员与机动部配合，与有关厂家合作，对现象进行深入细致地分析与讨论，初步分析认为，可能是叶轮做动平衡时没有达到额定转速，动平衡差；叶轮口环间隙小，进入颗粒物，造成偏磨；轴承损坏；泵体地脚螺栓松动；电机地脚螺栓松动；机泵与电机对中不好，发生摩擦，轴弯曲，水流频率与管路的固有频率相近，从而发生共振，尽早消除故障，已是刻不容缓。

1 该泵的重要性

正文p206 泵为环氧乙烷贫吸收液循环泵，它是将环氧乙烷富吸收液在解析塔 C204 中解析出99.95%的环氧乙烷后,剩余的贫吸收液加压到 2.5 MPa,流量在 268 m3/h 后，通过 Z050, E303, E308,

E212A/B 冷换设备后,温度降到 30 ℃, 送到 C203 环氧乙烷吸收塔吸收氧化反应工段来的环氧乙烷。如果泵出口压力低,会造成 FRC212 调节阀两侧压差低,引发pDSLL215 动作装置联锁停车；如果流量低使反应工段生成的环氧乙烷不能完全吸收，造成 C203塔顶循环气环氧乙烷含量高，引发 AIHH204 动作氧化联锁停车[1-4]。

2 泵检修的原因

2013 年 7 月发现发现p206B 出口压力由 2.5MPa 下降到 2.1MPa，流量从 268.6 m/h 下降到 236.5 m3/h，压差从 0.63 MPa 降到 0.18 MPa，调节阀前后的压差联锁值为 0.11MPa，对泵进行拆检，发现泵壳体严重冲刷腐蚀，泵出口流道已腐蚀没。通过厂机动部及时将泵外委修理，修理厂家将泵壳体腐蚀部位残余打磨后，制作一块厚 5 mm;宽 50 mm;长 350 mm 材质为 304 的钢板，补焊到泵壳体出口流道部位，使其恢复，由于焊接造成泵体口环部位严重变形，口环间隙由原来的 0.08 mm 扩大到现在的 0.120 mm。修复安装试运行，发现泵振动增大，出口压力，流量都比原来有所下降，而且不稳，容易发生气蚀，杂音较大，电流从 34 A 上涨到 41A,返厂多次处理效果也不是特别明显，只能勉强满足低负荷运行，不能满足高负荷运行。图1为环氧乙烷吸收液的工艺流程图，图2为出口流道的冲刷腐蚀现象。

图1 环氧乙烷吸收液的工艺流程图Fig.1The DC operation and monitoring of the epoxy ethane absorbing liquid

图2 出口流道的冲刷腐蚀现象Fig.2 Export flow scouring corrosionphenomena

3 泵发生汽蚀的原因

从泵壳体流道冲刷腐蚀的现象不难看出，从泵壳体流道冲刷腐蚀的现象不难看出，此泵长时间在汽蚀状态下运行。离心泵叶轮在作旋转工作时，液体不断被甩出，而在叶轮中心入口形成负压，液体才能不断吸入叶轮。这个负压不能低于该温度下液体的饱和蒸汽压，如果负压等于或者略低于饱和蒸汽压时，被输送液体就会大量汽化。同时溶解在液体中的其它气体由于减压也要析出，形成大量的小气泡。这些气泡随着液体进入到叶轮流道内，在叶轮离心力的作用下，液体压力快速升高，小气泡在周围液体巨大的压力之下而破裂，形成一个空穴，这时周围的高压液体快速冲向气泡的中心，形成巨大的水利冲击，局部的压力可能达到几百个大气压。这些气泡接连不断的打击金属表面，其频率可达到数千次之多，气泡形成时还析出一些活泼气体，它们借助气泡凝结时放出的热量，促使金属的化学腐蚀，这样也加速了金属表面的破坏。这种机械冲击和化学腐蚀共同作用下，造成金属表面的破坏作用，就称为汽蚀。如此巨大的压力频繁作用下，连续打击在叶轮或者壳体流道的金属表面上，使金属产生局部的疲劳现象。在最薄弱的地方，晶粒首先剥落.机泵在严重的汽蚀状况下运行，发生汽蚀的部位很快就成了蜂窝或海绵状，直到大面积脱落而破坏。

4 解决的方案

图3 现场机泵安装标高Fig.3 The machinepumps installation elevation

通过以上现象，我们把重点放在了汽蚀振动上。该泵有一个明显的特点，就是介质的温度在 80 ℃以下时，泵运转正常，无任何异常现象，可一旦超过于 100 ℃时，便会出现振动及噪音。说明该泵是在处于汽蚀的状态下运转。

确定了主方向后，我们进行了装置汽蚀余量计算。泵发生汽蚀的条件是由泵本身和吸入系统两个方面形成的，从泵厂家给的资料显示来看，P-206B泵的 NPSHr=4 m;汽蚀比转数 C 为

C=N(Q)2/NPSHr3/4=1576

按图 3 的装置泵的有效汽蚀余量 NPSHr:

式中：Ps/Pg—换算到基准面上的进口水压头;

Vs/2g—泵进口的液位平均速度;

Pv/Pg—抽送液位在该温度下的汽化水压头, m。

而有实际流体的柏努利方程可得

式中:Zs—液面至泵叶轮侧倒灌高度,m;

Pc/Pg—塔面水压头,m;

hs—液面由塔面流至泵入口所有阻力损失。

由（1）、（2）两式可得：

式中: Zs= 9.7 m;

Pc=0.02 MPa;

Pv=0.15～0.052 MPa;

hs—未知量。

计算管线阻力的流体能量损失，即求其水压头损失，泵入口管线的总水头损失 hs为各沿程水压头损失和局部水压头损失 hj之和，即

式中: λ—沿程阻力系数;

ζ—局部阻力系数;

ν—平均流速，以流经管件后的过流断面上的平均流速

表示;

l—计算沿程损失 hy的那段管长; ds—沿程管程的水力直径。

计算雷诺系数 Re=vd/v1

式中: v1—运动粘度,m²/s

因此 Re=1.5×0.35/(0.405×10-6)=1.3×106由实测进口管压力求管线系统总水压头损失。由实际流体伯努利方程可知：

式中:pc=0.02 MPa; ZA=0.76 m; PA=0.09 MPa;

VA=1.5 m/s

∴hs=0.02×106/(1.137×9.81)+7.6-0.09×106/(1.137×9.8 1)-1.5²/(2×9.81)=1.2 m

式中已知，Zs=8.7 m Pc=0.02 MPa Pv=0.15～0.052 MPa

又知：hs=1.2 m

故 NPSH=8.7+0.02×106/(1.137×9.81) –

0.052×10 6/(1.137×9.81)-1.2

=4.6 m

由实测泵入口压头求装置的有效汽蚀余量，通过现场压力表测得pA=0.07～0.15 MPa(来回摆动)

将（6）带入（1）得：

其中: ZA=1.1m

VA²/2g=0.11m

hs=0.06 m(压力表pA处至泵入口的阻力损失水头)

当pA=0.07 MPa 时 NPSH=2.95 m

当pA=0.09 MPa 时 NPSH=4.74 m

当pA=0.11MPa 时 NPSH=6.5 m汽蚀余量原因分析

在实测泵进口pA时，压力表阀接近关闭，PA压力表稳定在 0.09 MPa，此时，装置的有效汽蚀余量 NPSH=4.74 m，此值末能达到给定的有效置汽蚀余量值 NPSH=5.5 m。最后就是泵的必须汽蚀量NPSHr=4 m，是以常温清水做给出的，实际输送介质中含气量大，故实际工程中规定，要求装置有效汽蚀余量（NPSHr）a=NPSHr=S1，对于较高温度塔底泵来说 S1=2.1～3 m,也就是说装置有效汽蚀余量，应不低于 6.1～7 m.由此可见，P-206 泵的装置有效汽蚀余量是不够的，如果泵入口压力能达到 0.11MPa，装置有效汽蚀余量为 6.5 m 此时也是处在临界汽蚀状态之下。

5 结束语

正文分析结果显示，如果不让泵产生汽蚀，就必须增大装置汽蚀余量 NPSHa 和减小泵的汽蚀余量 NPSHr。要想机泵平稳运行，降低机泵的安装高度，是解除机泵汽蚀腐蚀的最有效的措施。但是通过计算，对降低泵安装高度在经济上不合算，只能让水泵在一定的汽蚀下工作。在 2014 年装置检修的机会，将泵入口 5 m 长的直管段直径由原来的φ 273 mm,增大到现在的φ355.6 mm,以减少水力损失，同时也避免产生旋涡。启动泵后汽蚀现象有所改善。在 2016 年装置大检修机会将泵的叶轮和壳体更换为耐冲刷腐蚀的材料。(材质升级为 304L 不锈钢)这也是抗汽蚀的一个重要措施。从装置开工至今机泵虽存在汽蚀现象，但是运行比较稳定。

［1］化工用泵[M]. 北京：化学工业出版社.

［2］肖荣畅.离心泵汽蚀现象及降低措施[J].六盘水师范学院学报，2012,6(15).

［3］汤立宏.浅谈水泵的汽蚀现象及防治措施[J].装备制造，2009,4(1).

［4］戴宗惠.石油炼厂设备[M]. 北京：中国石化出版社,2006-06.

Analysis on Reasons ofpumpp-206B Cavitation andpipeline Vibration

WANG Bing-he, WANG Guan-li ,CHEN Cun-li, GUO Rui
（PetroChina Funshunpetrochemical Company, Liaoning Fushun 113001，China）

Aiming at someproblems of thepoor absorption liquidpump, such as abnormal vibration of entrancepipeline, easy cavitation,pressure and flow instability, causes of vibration and cavitation were analyzed. Inlet and outletpipeline installation, mechanical structure design andpump height were calculated and checked, the measures to reduce thepump vibration wereput forward. The results show that actual installation height of thepump was not reasonable, but to change thepump's installation height is not feasible from economicperspective, it'spointed out that the entrancepipeline should be changed, and thepump'sparts that are easily damaged due to the cavitation should be replaced by anti cavitationparts.

poor absorption liquidpump; Vibration; Cavitation; Abnormal sound

TQ 052

： A

： 1671-0460（2017）02-0353-03

2016-12-29

王兵和（1979-），男，辽宁省抚顺市人，工程师，2003 年毕业于兰州石油化工职业技术学院化工工艺专业，研究方向：设备管理。E-mail：wangbinghe@petrochina.com.cn。